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价层电子对互斥理论预测分子空间构型步骤

一个分子的中心原子究竟采取哪种类型的轨道杂化,直接可以预测整个分子的空间构型。 杂化轨道理论成功地解释了部分共价分子杂化与空间构型关系,但是,仅用杂化轨道理论预测有时是难以确定的。

1940年美国的Sidgwick NV等人相继提出了价层电子对互斥理论(valence shell electron pair repulsion theory),简 称VSEPR法,该法适用于主族元素间形成的ABn型分子或离子。

 该理论认为,一个共价分子或离子中,中心原子A周围所配置的原子B(配位原子)的几何构型,主要决定于中心原子的价电子层中各电子对间的相互排斥作用。这些电子对在中心原子周围按尽可能互相远离的位置排布,以使彼此间的排斥能最小。

所谓价层电子对,指的是形成σ键的电子对和孤对电子。孤对电子的存在,增加了电子对间的排斥力,影响了分子中的键角,会改变分子构型的基本类型。根据此理论,只要知道分子或离子中的中心原子上的价层电子对数,就能比较容易而准确地判断 ABn 型共价分子或离子的空间构型。 

价层电子对理论预测分子空间构型步骤为:

1.确定中心原子中价层电子对数 

中心原子的价层电子数和配体所提供的共用电子数的总和除以2, 即为中心原子的价层电子对数。 

 规定:

 (1)作为配体,卤素原子和H 原子提供1个电子,氧族元素的原子不提供电子;

 (2)作为中心原子,卤素原子按提供7个电子计算,氧族元素的原子按提供6个电子计算;

 (3)对于复杂离子,在计算价层电子对数时,还应加上负离子的电荷数或减去正离子的电荷数;

 (4)计算电子对数时,若剩余1个电子,亦当作 1对电子处理。

  (5) 双键、叁键等多重键作为1对电子看待。

 2.判断分子的空间构型

根据中心原子的价层电子对数,从表中找出相应的价层电子对构型后,再根据价层电子对中的孤对电子数,确定电子对的排布方式和分子的空间构型。

电子对数和空间构型

电子对数

电子对空间排布

孤电子对数

分子类型

分子形状(分子空间构型)

实例

    2

直线

0

  AB2

直线

BeCl2

    3

平面三角形

0

  AB3

平面三角形

BF3

1

 .  .

:AB2

V型

SnCl2

    4

正四面体

0

  AB4

正四面体

CH4

1

:AB3

三角锥

NH3

2

.  .

:AB2

V型

H2O

    5

三角双锥

0

  AB5

三角双锥

PCl5

1

AB4

变形四面体

TeCl4

2

 .  .

:AB3

T型

ClF3

3

  .  .

AB2

 .   .

直线

I3

    6

正八面体

0

AB6

正八面体

SF6

1

:AB5

四方锥

IF5

2

 .  .

:AB4

平面正方形

ICl4



实例分析: 试判断PCl5离子的空间构型。

解:P离子的正电荷数为5,中心原子P有5个价电子,Cl原子各提供1个电子,所以P原子的价层电子对数为(5+5)/2 = 5,其排布方式为三角双锥。因价层电子对中无孤对电子,所以PCl5为三角双锥构型。  

实例分析:试判断H2O分子的空间构型。

解 :O是H2O分子的中心原子,它有 6个价电子,与O化合的2个H原子各提供1个电子,所以O原子价层电子对数为(6+2)/2 = 4,其排布方式为 四面体,因价层电子对中有2对孤对电子,所以H2O分子的空间构型为V形。

实例分析:判断HCHO分子和HCN分子的空间构型                                           

解:分子中有1个C=O双键,看作1对成键电子,2个C-H单键为2对成键电子,C原子的价层电子对数为3,且无孤对电子,所以HCHO分子的空间构型为平面三角形。

HCN分子的结构式为H—C≡N∶,含有1个C≡N叁键,看作1对成键电子,1个C­H单键为1对成键电子,故C原子的价层电子对数为2,且无孤对电子,所以HCN分子的空间构型为直线。

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